Historie vývoje počítačů
První IBM PC byl analytický počítač. Byl navržen na mechanických součástech. Pracoval v jazyce Ada. Dalším strojem byl Mark 1. Relé byla použita jako paměťové prvky, takže stroj měl nízkou rychlost (jedna akce po druhé).
Značka 2. Pracovalo se na spouštěčích. (1946) Provedl stovky operací za sekundu.
První domácí auto vyvinul Lebedev. MESM je malý elektronický počítací stroj. Později byl vytvořen Main Freim - univerzální stroj k vyřešení mírové řady problémů.
Super počítač– nejdražší a nejrychlejší stroje, které pracují v reálném čase.
Používá se vodní nebo plynové chlazení. Je použit jazyk Assembler a běží na něm jádro procesoru.
IBM 360-390 – také vestavěný v jazyce Assembler. Obsahoval myšlenku moderních mikroprocesorů.
procesor– zařízení na zpracování informací. Skládá se z mnoha mikroprocesorů.
Mikroprocesor– procesor využívající VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit).
Program– posloupnost příkazů prováděných v procesoru.
tým- pokyn k provedení určité činnosti.
První mikroprocesor vznikl v roce 1970, byl 4bitový. Jmenoval se MP 880.
Další procesor je 88.36.
Hlavní vlastnosti mikroprocesoru:
1) Šířka dat– určuje množství paměti připojené k procesoru.
2) Frekvence hodin– určuje vnitřní rychlost procesoru, která také závisí na hodinová frekvence sběrnice systémové desky.
3) Velikost mezipaměti– nainstalované na substrátu mikroprocesoru.
Existují dvě úrovně:
1) L1 – je umístěn uvnitř hlavních obvodů jádra, které vždy pracují na maximální frekvenci.
2) L2 – paměť druhé úrovně je připojena k jádru mikroprocesoru (vnitřní sběrnice).
4) Složení pokynů– seznam, typ a typ příkazů, které jsou automaticky prováděny v mikroprocesoru.
5) Provozní napájecí napětí(spotřeba energie)
Designové vlastnosti
Cena
von Neumannův zákon
Zásady:
1) Data a příkazy jsou přenášeny v binárním kódu
2) Programy se provádějí lineárně
3) Adresa následujícího příkazu se liší od předchozího o +1
4) Paměť pro ukládání dat je operační a externí, připojená na jedné straně k uživateli a na druhé straně k OS.
SÉRIOVÝ A PARALELNÍ KÓD
Se sériovým kódem se přenos informací (n-bitů) provádí sekvenčně, náboj po náboji podél jednoho vodiče. Doba přenosu dat je úměrná počtu bitů . T=t*n.
Když jsou všechny bity přenášeny paralelně, jsou přenášeny přes n-vodiče. Doba přenosu se rovná jednomu bitu a zařízení se rovná Nkrát.
T=t*n+t*n+…t*n
POČÍTAČOVÁ BLOKOVÁ SCHÉMA
Počítač obsahuje řadu zařízení, která lze vzájemně propojit pomocí dálnic: adresa, data a ovládání. Ve skutečnosti jsou tyto dálnice prezentovány ve formě rozhraní (kabely nebo autobusy). Existuje několik způsobů, jak zařízení vzájemně propojit.
Struktura von Neumon je páteřní konstrukční metodou nebo ze společné sběrnice.
Rozhraní- rozhraní rozhraní, které umožňuje vzájemné propojení zařízení pomocí hardwaru nebo softwaru.
Paměť- určeno pro ukládání počátečních dat, průběžných a konečných výsledků.
Ovládací zařízení- určené pro vzorkování všech řídicích signálů přijímaných jinými počítačovými zařízeními při zpracování informací v souladu s programy. Řídicí jednotka a ALU společně tvoří procesor-zařízení pro zpracování informací.
ROM- pamět pouze pro čtení. Slouží pouze pro čtení informací a ukládání informací bez spotřeby energie.
RAM- podílí se na procesu zpracování informací v ALU. Ve kterém se akce provádějí pomocí čísel a příkazů.
počítač- zpracovává informace v souladu s programem.
Prezentace dat v počítači
Tyto příkazy jsou v počítači prezentovány v binárním kódu, to znamená, že všechny informace jsou homogenní médium a tyto příkazy jsou zapsány v bitové mřížce, která je odrazem fyzických rozměrů paměti v počítači. Konkrétně registry 32bitového počítače jsou 32bitové. Jedna binární číslice je bit, 8 binárních číslic je bajt, 4 poloviční číslice jsou nibble.
Čísla mohou být reprezentována v následujících bitových mřížkách:
1) Poloviční slova – 2 bajty
2) Word – 4 bajty nebo 32 bitů
3) Dvojité slovo – 8 bajtů nebo 64 bitů
4) Řádek – počet slov může dosáhnout 2 32, tedy 4 GB
Balený formát
1) 2 jednotlivá slova
2) 2 dvojitá slova
Data v moderních počítačích jsou reprezentována v bitové mřížce s fyzickým bodem a plovoucí desetinnou čárkou.
Čísla s pevnou řádovou čárkou jsou zpracovávána celočíselnou ALU. Pevný bod lze zafixovat na začátku a na konci výboje.
Čísla s plovoucí desetinnou čárkou obsahují mantisu a exponent, z nichž každé obsahuje jinou číslici.
Paměť
Navrženo pro ukládání dat a programů.
Hlavní vlastnosti:
1) Kapacita paměti - počet bitů bytů slov uložených současně v počítači.
Kilo – 1024
Mega – 106
Giga – 10 9
Tera – 10 12
Péťa – 10 15
2) Doba přístupu do paměti – doba, po kterou je přístup do paměti za účelem zápisu nebo čtení informací.
3) Volatilita nebo nevolatilita při ukládání informací
1) Energeticky nezávislá paměť - FZU
2) Nestálá paměť – RAM, registr, mezipaměť atd.
4) Doba uložení informací
5) Náklady na uložení jednoho bitu
Organizace paměti
Je to jeden z hlavních parametrů v počítači. Má dva významy.
1) Počet slov vynásobený počtem číslic.
2) Paměť může být jednorozměrná, dvourozměrná a trojrozměrná.
A) Jednorozměrná paměť(D) - bity jsou zapisovány postupně jeden po druhém na paměťové médium. Příklad: magnetická páska.
b) Dvourozměrná paměť- jedná se o maticovou paměť, kde jsou prvky umístěny na průsečíku sběrnic X a Y.
PROTI) Trojrozměrná paměť je krychle skládající se z matic. Kde je počet buněk N umístěn na ose Z.
Moderní polovodičová paměťová zařízení mají 3D organizaci a jsou umístěna v krystalických integrovaných obvodech.
K reprezentaci informací v paměti počítače (číselné i nenumerické) se používá metoda binárního kódování.
Základní paměťová buňka počítače je dlouhá 8 bitů (bajtů). Každý bajt má své vlastní číslo (tzv adresa). Největší posloupnost bitů, kterou může počítač zpracovat jako jednu jednotku, se nazývá ve strojových slovech. Délka strojového slova závisí na bitové hloubce procesoru a může být 16, 32, 64 bitů atd.
BCD kódování
V některých případech se při reprezentaci čísel v paměti počítače používá smíšená binárně-desítková „číselná soustava“, kde každé desetinné místo vyžaduje nibble (4 bity) a desetinné číslice od 0 do 9 jsou reprezentovány odpovídajícími binárními čísly z 0000 až 1001. Například sbaleno Desítkový formát určený k ukládání celých čísel s 18 platnými číslicemi a zabírajících 10 bajtů v paměti (nejvýznamnější z nich je se znaménkem), používá přesně tuto možnost.
Reprezentace celých čísel ve dvojkovém doplňku
Dalším způsobem, jak reprezentovat celá čísla, je doplňkový kód . Rozsah hodnot závisí na počtu paměťových bitů přidělených pro jejich uložení. Například hodnoty typu Integer (všechny názvy datových typů zde a níže jsou uvedeny ve formě, ve které jsou přijímány v programovacím jazyce Turbo Pascal. Jiné jazyky mají také takové datové typy, ale mohou mít různé názvy) leží v rozsahu od -32768 (-2 15) do 32767 (2 15 - 1) a pro jejich uložení jsou přiděleny 2 bajty (16 bitů); typ LongInt - v rozsahu od -2 31 do 2 31 - 1 a jsou umístěny ve 4 bytech (32 bitů); Typ slova - v rozsahu od 0 do 65535 (2 16 - 1) (použijí se 2 bajty) atd.
Jak je vidět z příkladů, data lze interpretovat jako podepsaná čísla, tak nepodepsaný. Při reprezentaci množství se znaménkem označuje číslice nejvíce vlevo (nejvýznamnější) kladné číslo, pokud obsahuje nulu, a záporné číslo, pokud obsahuje jedničku.
Obecně jsou bity číslovány zprava doleva, počínaje 0. Číslování bitů ve dvoubajtovém strojovém slově je uvedeno níže.
Dodatečný kód kladné číslo se shoduje s jeho přímý kód. Přímý kód celého čísla lze získat takto: číslo se převede do binární číselné soustavy a poté se jeho binární zápis vlevo doplní o tolik nevýznamných nul, kolik vyžaduje datový typ, ke kterému číslo patří.
Pokud je například číslo 37 (10) = 100101 (2) deklarováno jako hodnota typu Integer ( šestnáctibitové podepsané), pak jeho přímý kód bude 0000000000100101, a pokud je hodnota typu LongInt ( dvaatřicetibitové podepsané), pak bude jeho přímý kód. Pro kompaktnější zápis se často používá hexadecimální reprezentace kódu. Výsledné kódy lze přepsat jako 0025 (16) a 00000025 (16).
Doplněk záporného celého čísla lze získat pomocí následujícího algoritmu:
- zapište si přímý kód modulu čísla;
- invertuj to (jedničky nahraď nulami, nuly jedničkami);
- přidejte jednu do inverzního kódu.
Zapišme si například dodatečný kód čísla -37 a interpretujeme jej jako hodnotu LongInt (se znaménkem třicet dva bitů):
- existuje přímý kód pro číslo 37;
- inverzní kód;
- doplňkový kód nebo FFFFFFDB (16) .
Při získávání čísla z jeho doplňkového kódu je nejprve nutné určit jeho znaménko. Pokud se číslo ukáže jako kladné, jednoduše převeďte jeho kód do desítkové soustavy čísel. V případě záporného čísla je nutné provést následující algoritmus.
Ve fyzickém světě musí být jakákoliv informace nějak reprezentována. Při čtení jakéhokoli článku (knihy, recenze, poznámky) publikovaného na internetu nebo vytištěného na papíře vnímáme text a obrázky. Obraz, který vidíme, je zaměřen na sítnici našich očí a přenášen ve formě elektrických signálů do mozku, který rozpoznává známé symboly a přijímá tak informace. V jaké podobě tato informace zůstane v naší paměti – ve formě obrázků, logických diagramů nebo čehokoli jiného – může záviset na okolnostech jejího přijetí, stanoveném cíli a konkrétním způsobu pochopení. Počítačová technika je omezenější a pracuje s proudem nul a jedniček (tzv. binární kódování informací).
Zápis, na kterém je vše založeno, byl zvolen historicky. Už v éře vzniku prvních elektronkových počítačů začali inženýři přemýšlet, jak zakódovat informace tak, aby cena celého zařízení byla minimální. Vzhledem k tomu, že elektronka má dva možné režimy provozu – prochází proud, blokuje jej, dva na základně se zdály nejracionálnější. Při přechodu na polovodičová zařízení mohl být tento závěr revidován, ale inženýři následovali zaběhnutou cestu a zachovali binární logiku pro stále dokonalejší počítače. Fyzika polovodičů nicméně umožňuje i ternární kódování informace v počítači: kromě absence náboje (ternární nula) je možná přítomnost kladného (+1) i záporného (-1), což odpovídá tři možné hodnoty trit - elementární paměťová buňka. Totéž lze říci o elektrickém proudu: směr vpřed nebo vzad, nebo žádný proud (také tři významy).
Volba ternárního by automaticky vyřešila problém kódování záporných čísel, který se v binární soustavě řeší zavedením tzv. inverze, přičemž se první bit bere v úvahu jako bit se znaménkem. O složitosti této operace pro binární systém bylo napsáno mnoho jak na internetu, tak v literatuře o jazyce Assember. V případě ternární logikačíslo lze zapsat například takto: „+00-0+0+-“. Zde „+“ je ekonomický zápis pro hodnotu „+1“, „-“ respektive – „-1“, ale nula mluví sama za sebe. Při překladu do lidského jazyka by bylo získáno následující: +3^8 + 0 + 0 - 3^5 + 0 + 3^3 + 0 + 3^1 - 3^0 = 6561 - 243 + 27 + 3 - 1 = 6347. Výhody ternární logiky by se také projevily při práci s širokou škálou dat: pokud určitá otázka vyžaduje jednoslabičnou odpověď, pak binární bit může nést jednu ze dvou odpovědí („ano“ nebo „ne“), zatímco ternární bit může obsahovat jeden ze tří („ano“, „ne“, „nedefinováno“). Zkušení programátoři si pamatují, jak často je potřeba ukládat jednu odpověď ze tří možných, takže pro nedefinovanou hodnotu musíte něco vymyslet, například zadat do systému doplňkový parametr(binární): zda byl v tomto okamžiku plně definován.
Binární kódování informací je také nepohodlné pro práci s grafickými obrázky. Lidské oko vnímá tři různé barvy: modrou, zelenou a červenou, nakonec každou grafický pixel je kódován čtyřmi bajty, z nichž tři označují intenzitu primárních barev a čtvrtý je považován za rezervu. Tento přístup evidentně snižuje efektivitu počítačová grafika, ale zatím nebylo navrženo nic lepšího.
Z matematického hlediska by měl být ternární počítač nejúčinnější. Důkladné výpočty jsou poměrně složité, ale jejich výsledek se scvrkává na následující tvrzení: čím blíže je jeho nativní číselná soustava číslu e (přibližně rovno 2,72), tím vyšší je účinnost výpočetní techniky. Je snadné vidět, že trojka je mnohem blíže číslu 2,72 než dvojka. Nezbývá než doufat, že jednou inženýři zodpovědní za výrobu elektroniky obrátí svou pozornost na ternární číselnou soustavu. Možná to bude ten průlom, po kterém bude vytvořena umělá inteligence?
K reprezentaci informací v paměti počítače (číselné i nenumerické) se používá metoda binárního kódování.
Základní paměťová buňka počítače je dlouhá 8 bitů (1 bajt). Každý bajt má své číslo (říká se mu adresa). Největší posloupnost bitů, kterou může počítač zpracovat jako jednu jednotku, se nazývá strojové slovo. Délka strojového slova závisí na bitové hloubce procesoru a může být 16, 32 bitů atd.
Ke kódování znaků stačí jeden bajt. V tomto případě může být reprezentováno 256 znaků (s desítkovými kódy od 0 do 255). Znaková sada osobních počítačů je nejčastěji rozšířením kódu ASCII (American Standard Code of Information Interchange).
V některých případech se při reprezentaci čísel v paměti počítače používá smíšený binárně-dekadický číselný systém, kde každá desetinná číslice vyžaduje nibble (4 bity) a desetinné číslice od 0 do 9 jsou reprezentovány odpovídajícími binárními čísly od 0000 do 1001. Například komprimovaný dekadický formát určený k ukládání celých čísel s 18 platnými číslicemi a zabírajících 10 bajtů v paměti (nejvýznamnější z nich je se znaménkem), používá přesně tuto možnost.
Dalším způsobem, jak reprezentovat celá čísla, je doplňkový kód. Rozsah hodnot závisí na počtu paměťových bitů přidělených pro jejich uložení. Například celočíselné hodnoty se pohybují od
-32768 (-2 15) až 32677 (2 15 -1) a pro jejich uložení jsou alokovány 2 bajty: Typ LongInt - v rozsahu od -2 31 do 2 31 -1 a jsou umístěny ve 4 bytech: Typ Word - v rozsah od 0 do 65535 (2 16 -1), používají se 2 bajty atd.
Jak je vidět z příkladů, data lze interpretovat jako čísla se znaménkem nebo bez znaménka. Při reprezentaci množství se znaménkem označuje číslice nejvíce vlevo (nejvýznamnější) kladné číslo, pokud obsahuje nulu, a záporné číslo, pokud obsahuje jedničku.
Obecně se číslice číslují zprava doleva, počínaje nulou.
Dodatečný kód kladné číslo se shoduje s jeho přímý kód. Přímý kód celého čísla lze znázornit takto: číslo se převede do binární číselné soustavy a poté se jeho binární zápis vlevo doplní o tolik nevýznamných nul, kolik to vyžaduje datový typ, ke kterému číslo patří. Pokud je například číslo 37 (10) = 100101 (2) deklarováno jako hodnota typu Integer, pak jeho přímý kód bude 0000000000100101 a pokud se jedná o hodnotu typu LongInt, pak jeho přímý kód bude. Pro kompaktnější zápis se často používá hexadecimální kód. Výsledné kódy lze přepsat jako 0025 (16) a 00000025 (16).
Doplněk záporného celého čísla lze získat pomocí následujícího algoritmu:
1. zapište si přímý kód modulu čísla;
2. invertuj to (jedničky nahraď nulami, nuly jedničkami);
3. přidejte jednu do inverzního kódu.
Zapišme si například dodatečný kód čísla -37 a interpretujeme jej jako hodnotu LongInt:
1. přímý kód pro číslo 37 je 1
2. inverzní kód
3. doplňkový kód nebo FFFFFFDB (16)
Při příjmu čísla pomocí doplňkového kódu je nejprve nutné určit jeho znamení. Pokud se číslo ukáže jako kladné, jednoduše převeďte jeho kód do desítkové soustavy čísel. V případě záporného čísla je nutné provést následující algoritmus:
1. odečíst 1 od kódu;
2. invertujte kód;
3. převést na desítkovou číselnou soustavu. Výsledné číslo zapište se znaménkem mínus.
Příklady. Zapišme si čísla odpovídající doplňkovým kódům:
A. 0000000000010111.
Protože nejvýznamnější bit je nula, bude výsledek kladný. Toto je kód pro číslo 23.
b. 1111111111000000.
Zde je kód pro záporné číslo, spustíme algoritmus:
1. 1111111111000000 (2) - 1 (2) = 1111111110111111 (2) ;
2. 0000000001000000;
3. 1000000 (2) = 64 (10)
Poněkud odlišná metoda se používá k reprezentaci reálných čísel v paměti osobního počítače. Uvažujme reprezentaci veličin s plovoucí bod.
Jakékoli reálné číslo lze zapsat ve standardním tvaru M*10 p , kde 1 ≤ M< 10, р- целое число. Например, 120100000 = 1,201*10 8 . Поскольку каждая позиция десятичного числа отличается от соседней на степень числа 10, умножение на 10 эквивалентно сдвигу десятичной запятой на 1 позицию вправо. Аналогично деление на 10 сдвигает десятичную запятую на позицию влево. Поэтому приведенный выше пример можно продолжить: 120100000 = 1,201*10 8 = 0,1201*10 9 = 12,01*10 7 ... Десятичная запятая плавает в числе и больше не помечает абсолютное место между целой и дробной частями.
Ve výše uvedeném zápisu se M nazývá mantisačísla a p je jeho v pořádku. Aby byla zachována maximální přesnost, počítače ukládají mantisu téměř vždy v normalizované podobě, což znamená, že mantisa v v tomto případě je číslo ležící mezi 1 (10) a 2 (10) (1 ≤ M< 2). Основные системы счисления здесь, как уже отмечалось выше,- 2. Способ хранения мантиссы с плавающей точкой подразумевает, что двоичная запятая находится на фиксированном месте. Фактически подразумевается, что двоичная запятая следует после первой двоичной цифры, т.е. нормализация мантиссы делает единичным первый бит, помещая тем самым значение между единицей и двойкой. Место, отводимое для числа с плавающей точкой, делится на два поля. Одно поле содержит знак и значение мантиссы, а другое содержит знак и значение порядка.
Osobní počítač IBM PC s matematický koprocesor 8087 umožňuje následující platné typy (rozsah hodnot je uveden v absolutní hodnotě):
Můžete si všimnout, že nejvýznamnější bit přidělený pro mantisu je číslo 51, tj. Mantisa zabírá spodních 52 bitů. Pruh zde ukazuje polohu binárního bodu. Před čárkou musí být bit celé části mantisy, ale protože je vždy rovna jedné, tento bit zde není vyžadován a odpovídající bit není v paměti (ale je implikován). Hodnota objednávky zde není uložena jako celé číslo reprezentované v kódu doplňku dvojky. Pro zjednodušení výpočtů a porovnání reálných čísel je ve formuláři uložena hodnota objednávky v počítači ofsetové číslo, tj. Před zápisem do paměti je k aktuální hodnotě objednávky přidán offset. Posun je zvolen tak, že minimální hodnota pořadí odpovídalo nule. Například pro Double trvá objednávka 11 bitů a má rozsah od 2 -1023 do 2 1023, takže offset je 1023 (10) = 1111111111 (2). Nakonec bit číslo 63 označuje znaménko čísla.
Z výše uvedeného tedy vyplývá následující algoritmus pro získání reprezentace reálného čísla v paměti počítače:
1. převést modul daného čísla na binární číselnou soustavu;
2. normalizovat binární číslo, tzn. zapsáno ve tvaru M*2 p, kde M je mantisa (její celočíselná část je rovna 1 (2)) a R- zapsaná objednávka desítková soustava počet;
3. přidejte k řádu posun a převeďte posunuté pořadí na binární číselnou soustavu;
4. S ohledem na znaménko daného čísla (0 - kladné; 1 - záporné) zapište jeho zobrazení do paměti počítače.
Příklad. Zapišme si číselný kód -312,3125.
1. Binární zápis modulu tohoto čísla je 100111000,0101.
2. Máme 100111000,0101 = 1,001110000101*2 8 .
3. Dostaneme posunuté pořadí 8 + 1023 = 1031. Dále máme 1031 (10) = 10000000111 (2) .
Všechny informace v počítači jsou uloženy ve formě sad bitů, tedy kombinací 0 a 1. Čísla jsou reprezentována binárními kombinacemi v souladu s číselnými formáty přijatými pro práci v daném počítači a symbolický kód určuje korespondence písmen a jiných symbolů s binárními kombinacemi.
Existují tři formáty čísel:
binární pevný bod;
binární pohyblivá řádová čárka;
binárně kódované desítkové (BCD).
V binárním formátu s pevnou řádovou čárkou mohou být čísla reprezentována jako bez znaménka (kódy) nebo se znaménkem. K reprezentaci čísel se znaménkem v moderních počítačích se používá hlavně doplňkový kód. To vede k tomu, že, jak bylo ukázáno dříve, pro danou délku bitové mřížky lze reprezentovat o jedno více záporných čísel než kladných. Ačkoli se operace v počítači provádějí s binárními čísly, pro jejich zápis v programovacích jazycích, v dokumentaci a pro zobrazení na obrazovce se často používají pohodlnější osmičkové, hexadecimální a desítkové reprezentace.
V binárně kódovaném desítkovém formátu je každá desítková číslice reprezentována jako 4bitový binární ekvivalent. Existují dvě hlavní varianty tohoto formátu: balené a nebalené. V zabaleném formátu BCD je řetězec desetinných číslic uložen jako sekvence 4bitových skupin. Například číslo 3904 je reprezentováno jako binární číslo 0011 1001 0000 0100. V rozbaleném formátu BCD je každá desetinná číslice na nízké číslici 8bitové skupiny (bajtu) a určuje se obsah vysoké tetrády. kódovacím systémem použitým v počítači a v tomto případě nepodstatné. Stejné číslo 3904 v rozbaleném formátu bude zabírat 4 bajty a bude vypadat takto:
xxxx0011 xxxx1001 xxxx0000 xxxx0100 .
Čísla s pohyblivou řádovou čárkou jsou zpracovávána na speciálním koprocesoru (FPU - floating point unit), který je počínaje MP I486 součástí mikroprocesoru LSI. Data v něm jsou uložena v 80bitových registrech. Ovládáním nastavení koprocesoru můžete změnit rozsah a přesnost tohoto typu dat ( tabulka 14.1).
|
Tabulka 14.1. |
|||
|
Datový typ |
Velikost (bity) |
Rozsah |
Blok zpracování |
|
Celá čísla bez znaménka |
|||
|
1 dvojité slovo | |||
|
Celá čísla se znaménkem |
|||
|
1 dvojité slovo |
2147483648...+2147483647 |
||
|
1 čtyřslovo | |||
|
Čísla s pohyblivou řádovou čárkou |
|||
|
reálné číslo | |||
|
dvojitá přesnost |
≈(0.18*10 309) |
||
|
se zvýšenou přesností |
≈(0.12*10 4933) |
||
|
Binární desítková čísla |
|||
|
1 bajt rozbalený | |||
|
1 byte zabaleno | |||
|
10 bajtů zabaleno |
0...(99...99) 18 číslic | ||
Organizace paměti RAM
OP je hlavní pamětí pro ukládání informací. Je organizován jako jednorozměrné pole paměťových buněk o velikosti 1 bajtu. Každý bajt má jedinečných 20 bitů fyzická adresa v rozsahu od 00000 do FFFFFh (dále se pro zápis adres používá hexadecimální číselný systém, jehož znakem je symbol h na konci kódu). Velikost adresního prostoru OP je tedy 2 20 = 1 MB. Jakékoli dva souvislé bajty v paměti lze považovat za 16bitové slovo. Nízký bajt slova má nižší adresu a vysoký bajt má vyšší adresu. Takže hexadecimální číslo 1F8Ah, které zabírá slovo, bude umístěno v paměti v sekvenci 8Ah, 1Fh. Adresa slova je adresa jeho nízkého bajtu. Proto 20bitová adresa paměti může být považována za bajtovou i slovní adresu.
Příkazy, bajty a datová slova lze umístit na libovolnou adresu, což šetří paměť díky jejímu plnějšímu zaplnění. Pro úsporu času provádění programu je však vhodné umístit datová slova do paměti počínaje sudou adresou, protože mikroprocesor přenáší taková slova v jednom cyklu sběrnice. Říká se, že slovo se sudou adresou je zarovnáno na hranici slova. Nezarovnaná datová slova s lichou adresou jsou přijatelná, ale jejich přenos vyžaduje dva cykly sběrnice, což snižuje výkon počítače. Všimněte si, že požadovaný počet cyklů čtení datových slov je inicializován automaticky mikroprocesorem. Mějte na paměti, že při provádění operací zásobníku musí být datová slova zarovnána a ukazatel zásobníku inicializován na sudou adresu, protože takové operace zahrnují pouze datová slova.
Tok instrukcí je rozdělen na bajty, když je fronta instrukcí uvnitř mikroprocesoru plná. Proto zarovnání příkazů nemá prakticky žádný vliv na výkon a nepoužívá se.
Adresový prostor OP je rozdělen na segmenty. Segment se skládá ze sousedních OP buněk a je nezávislou a samostatně adresovatelnou paměťovou jednotkou, která má v základní architektuře osobního počítače pevnou kapacitu 2 16 = 64 kB. Každému segmentu je přiřazena počáteční (základní) adresa, což je adresa prvního bytu segmentu v poli adresy OP. Hodnota fyzické adresy buňky je součtem adresy segmentu a offsetu paměťové buňky vzhledem k začátku segmentu (intra-segmentový offset). 16bitová slova se používají k uložení adresy segmentu a hodnot offsetu.
Pro získání 20bitové fyzické adresy mikroprocesor automaticky provede následující operace. Hodnota základní adresy segmentu se vynásobí 16 (posune se o 4 bity doleva) a sečte se s hodnotou posunu segmentu ( rýže. 14.3). Výsledkem je 20bitová hodnota fyzické adresy. Během sčítání může dojít k přenosu z nejvýznamnějšího bitu, který je ignorován. To vede k tomu, že OP se zdá být organizován podle kruhového principu. Za buňkou s maximální adresou FFFFFh následuje buňka s adresou 00000h.
Rýže. 14.3. Schéma pro získání fyzické adresy
Segmenty nejsou fyzicky svázány s konkrétní adresou paměti a každá paměťová buňka může patřit do několika segmentů současně, protože základní adresa segmentu může být určena libovolnou 16bitovou hodnotou. Segmenty mohou být souvislé, nepřekrývající se, částečně nebo zcela se překrývající. Přitom v souladu s algoritmem pro výpočet fyzické adresy jsou počáteční adresy segmentů vždy násobky 16.
|
Logické a aritmetické základy a principy činnosti počítače |
|
Literatura: verze pro tisk |
|
Učebnice ke kurzu Gurov V.V., Čukanov V.O. Základy teorie a organizace počítačů Varfolomeev V.A., Letsky E.K., Shamrov M.I., Yakovlev V.V. Architektura a technologie IBM eServer zSeries Internetová univerzita informačních technologií - INTUIT.ru, 2005 Bogdanov A.V., Korkhov V.V., Mareev V.V., Stankova E.N. Architektury a topologie víceprocesorových výpočetních systémů Internetová univerzita informačních technologií - INTUIT.ru, 2004 Novikov Yu.V., Skorobogatov P.K. Základy mikroprocesorové techniky Internetová univerzita informačních technologií - INTUIT.ru, 2006 Bibliografie |
Avanesyan G.R., Levshin V.P. Integrované obvody TTL, TTLSh: Adresář M.: Strojírenství, 1993
Atovmyan I.O. Architektura výpočetních systémů M.: MEPhI, 2002
Borkovskij A. Anglicko-ruský slovník programování a informatiky (s výklady) M.: ruský jazyk, 1990
Brodin V.B., Shagurin I.I. Mikroprocesor i486. Architektura, programování, rozhraní M.: DIALOG-MEPhI, 1993
Gurov V.V. Syntéza kombinačních obvodů v příkladech M.: MEPhI, 2001
Gurov V.V., Lensky O.D., Solovjov G.N., Chukanov V.O. Architektura, struktura a organizace výpočetního procesu v počítači typu IBM PC M.: MEPhI, 2002. Ed. G.N. Solovjová
Kagan B.M. Elektronické počítače a systémy M.: Energoatomizdat, 1991
Kazarinov Yu.M., Nomokonov V.N., Podkletnov G.S. atd. Sada mikroprocesorů K1810: Struktura, programování, aplikace M.: postgraduální škola, 1990. Ed. Mňam. Kazarinova
Korneev V.V., Kiselev A.V. Moderní mikroprocesory M.: Znalosti, 1998
Liu Yu-Zheng, Gibson G. Mikroprocesory řady 8086/8088 M.: Rádio a komunikace, 1987
Mayorov S.A., Novikov G.I. Struktura elektronických počítačů L.: Strojírenství, oddělení Leningrad, 1979
Nikitin V.D., Solovjev G.N. Operační systémy M.:Mir, 1989
Savelyev A.Ya. Aplikovaná teorie číslicových automatů M.: Vyšší škola, 1987
GOST 15133-77. Polovodičová zařízení, Termíny a definice
GOST 17021-75 Mikroelektronika, pojmy a definice
|
Logické a aritmetické základy a principy činnosti počítače |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Předmětový rejstřík: verze pro tisk |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||